Profibus Systembeschreibung

Eine Einführung in das PROFIBUS System

Aufgrund des schnell voranschreitenden Technologiewandels und dem Kampf um niedrigere Kosten, bei gleichzeitig steigender Qualität, entwickelte sich Bedarf nach einem schnellen Austausch von Informationen über den Zustand von Produktionsanlagen. Als Folge entstand die Feldbustechnik, wodurch eine Brücke zwischen analoger und digitaler Kommunikation geschlagen wurde. PROFIBUS steht für „Process Field Bus“ und stellt einen Standard in der Automatisierungstechnik dar. Dieser Beitrag soll einen kurzen Einblick in die Entwicklung, den Aufbau und den Anwendernutzen von PROFIBUS geben.

Entstehung des PROFIBUS Standards

Zunächst muss erwähnt werden, dass PROFIBUS nicht mit dem Begriff des PROFINET verwechselt werden darf, welcher ein Standard für das Industrial Ethernet ist. Der PROFIBUS Standard hat eine Geschichte, die bis in das Jahr 1987 zurückreicht. In diesem Jahr starteten verschiedene Institute und Firmen das Projekt „Feldbus“, dessen Ziel in der Schaffung einer Normung der Feldgerätschnittstelle lag und damit die Realisierung eines bitseriellen Feldbusses.

Weltweite Anpassungen der Schnittstellen in Feldgeräten sorgten für eine flüssige Automatisierung zwischen den Systemen. Zu dieser Standardisierung hat PROFIBUS einen erheblichen Anteil geleistet, da dieser den Datenaustausch zwischen übergeordneten Systemen ermöglichte. Möglich wurde dies durch die Verbindung der Steuerungselemente mit den Sensoren und Aktoren, die sich in der Feldebene befinden.

Der erste Schritt zur Realisierung des Standards bestand in der Erstellung eines komplexen, technischen Kommunikationsprotokolls für Automatisierungsaufgaben in der Fertigung und für Prozessabläufe, welches von den Mitgliedsfirmen geschaffen wurde. Diese erste, von drei Varianten, wurde PROFIBUS FMS (Fieldbus Message Specification) getauft.

Im Laufe der Weiterentwicklung wurde im Jahr 1993 das Protokoll PROFIBUS DP (Dezentrale Peripherie) spezifiziert, welches deutlich schneller und einfacher aufgebaut war. Im Laufe der Zeit kam dann schließlich noch die dritte Variante des PROFIBUS PA (Prozess-Automation) hinzu, welche sich besonders für den Einsatz in explosionsgefährdeten Bereichen eignet.

Anfangs wurde die Entwicklung unter der dem Dach der PROFIBUS Nutzerorganisation e.V. (PNO), einem Zusammenschluss deutscher Hersteller, vorangetrieben. Im Laufe der Zeit sind weitere regionale Vereinigungen (RPAs) hinzugekommen, die sich im Jahr 1995 unter dem internationalen Dachverband PROFIBUS& PROFINET International (PI) zusammengeschlossen haben.

PROFIBUS in der heutigen Zeit

Das erklärte Ziel der weltweit 27 RPAs besteht in der kontinuierlichen Weiterentwicklung der Technologien PROFIBUS und PROFINET. Bereits heute ist PROFIBUS mit über 40 Millionen eingesetzten Geräten (über 6,8 Millionen in der Prozessindustrie) der weltweite Marktführer, wenn es zum Einsatz industrieller Kommunikationssysteme kommt. Der Dachverband PI bildet die größte Gemeinschaft von Nutzern der industriellen Kommunikation. Aus dieser Position heraus werden weitere nützliche Technologien für bestehende und neue Anwender geschaffen, sowie fortlaufende Maßnahmen zur Qualitätssicherung unternommen. Eine Hauptaufgabe von PI besteht heutzutage in der Beratung und Unterstützung seiner Mitglieder, wozu Hersteller und Anwender zählen. Als Interessenvertretung setzt sich der Verband auch für die Standardisierung der Technologie, innerhalb internationaler Normen, ein. 

Der modulare Aufbau von PROFIBUS

Die Modul-Konzeption von PROFIBUS ist für den weltweiten Erfolg verantwortlich. Die Komponenten des Systems lassen sich aufgrund einer Vielzahl von kompatiblen Technologiebausteinen, anwenderspezifisch miteinander kombinieren. Einen groben Überblick zum Aufbau von PROFIBUS, sollen die nächsten Absätze liefern.

Das bereits erwähnte Kommunikationsprotokoll PROFIBUS DP (Dezentrale Peripherie) bildet den Kern aller Anwendungen. Durch das Protokoll wird eine Verbindung zwischen zentralen und dezentralen Geräten hergestellt. Für die Datenübertragung zwischen den zentralen Automatisierungsgeräten und dezentralen Feldgeräten stehen je nach Einsatzfall verschiedene Alternativen bereit:

• RS485-Übertragungstechnik: für die Anwendung in der Prozess- und Fertigungsindustrie (ohne Ex-Schutz).
• RS 485-IS-Übertragungstechnik: für den Einsatz in explosionsgeschützten Bereichen.
• MBP- Übertragungstechnik: die „Manchester coded Bus Powered“-Technologie ist besonders für die Prozessindustrie konzipiert und beinhaltet die zusätzliche Energieversorgung.

Neben der Vereinheitlichung der Datenkommunikation werden bei PROFIBUS Applikationsprofile definiert, wodurch der Austausch von Daten zwischen Geräten von verschiedenen Herstellern gewährleistet wird. Die Profile enthalten Geräteeigenschaften, u.a. zu sicherheitsrelevantem Verhalten oder spezifische Eigenschaften zu Antrieben.

Ein weiteres Modul aus dem Systembaukasten von PROFIBUS ist die Engineer-Technologie. Diese ist unabhängig von den anderen Schichten und wird zur Gerätebeschreibung und –integration benötigt.

Flexible Anwendungen durch spezifische Lösung

Durch den modularen Aufbau der Technologie von PROFIBUS wird es Nutzern ermöglicht, die jeweiligen Komponenten auf ihre speziellen Bedürfnisse anzupassen. In zahlreichen Marktsegmenten der Fertigungsindustrie können die Anwendungen, sowohl für die Prozessautomatisierung und Antriebstechnik als auch für sicherheitsgerichtete Anlagen, angepasst werden. Durch das Kommunikationsprotokoll von PROFIBUS wird bei allen speziellen Lösungen eine hohe Durchgängigkeit sichergestellt. Anders als in der Vergangenheit müssen die Bereiche Fertigungs- und Prozessautomatisierung nicht mehr getrennt betrachtet werden, sondern werden mit der „hybriden Automatisierung“ von PROFIBUS ganzheitlich gelöst. In einer Produktionsanlage werden mit den durchgängigen Lösungen von PROFIBUS daher nicht nur verschiedene Produktionsabläufe, sondern auch Aufgaben der Eingangs- und Ausgangslogistik erfasst. Das kann in der Pharmaindustrie beispielsweise die Verknüpfung des prozesstechnischen Vorgangs der Medikamentenherstellung und der Verpackung der Tabletten in der Fertigungstechnik sein. Auf die spezifischen Funktionsweisen und Komponenten zum PROFIBUS wird in weiteren Beiträgen noch genauer eingegangen. Auch zum Anwendernutzen und der Implementierung folgen weitere Ausführungen, die das System ausführlich beschreiben.